Filogeografia de Pipa carvalhoi (Miranda-Ribeiro,...

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

Filogeografia de Pipa carvalhoi (Miranda-Ribeiro, 1937)

Paulo Victor Scherrer de Araújo

Vitória, ES

2016

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UNIVERSIDADE FEDERAL DO ESPÍRITO SANTO

CENTRO DE CIÊNCIAS HUMANAS E NATURAIS

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS BIOLÓGICAS

Filogeografia de Pipa carvalhoi (Miranda-Ribeiro, 1937)

Paulo Victor Scherrer de Araújo

Orientadora: Leonora Pires Costa

Dissertação submetida ao Programa de Pós-Graduação em Ciências Biológicas (Biologia Animal) da Universidade Federal do Espírito Santo como requisito parcial para a obtenção do grau de Mestre em Biologia Animal

Vitória, ES

Agosto, 2016

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AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente à minha esposa, Rebecca Pereira Cruz, por todo amor, carinho e

apoio emocional durante esse processo. Você foi muito mais do que esposa, foi também

assistente de laboratório, parceira de campo e revisora. Dedico essa conquista a você.

A meus pais, meu irmão e minha cunhada por toda motivação e apoio. Vocês são meus

principais professores e dedico não só essa, mas todas as conquistas a tudo que

investiram em mim.

A minha orientadora Leonora Pires Costa por mais uma vez ter aceitado orientar um

projeto com animais de pele lisa. Sua ajuda foi fundamental para minha formação como

biólogo e agora, como mestre em biologia animal. Obrigado por todo apoio e pela

confiança depositada em mim.

Um agradecimento especial a Eduardo Loyola Muhl, meu grande parceiro desde os

tempos de graduação, sempre disposto a ajudar, ser ajudado e virar madrugadas

trabalhando. Precisamos dormir mais.

J. F. R. Tonini, C. S. Lima, J. Justino e E. L. Muhl pelos ensinamentos das técnicas

laboratoriais. Agradeço também a todos os colegas do Núcleo de Genética aplicada à

Conservação da Biodiversidade, UFES, por me socorrerem em diversos momentos

durante esses anos de convivência. Eu nunca conseguiria gerar uma sequência de DNA

sem a ajuda de vocês.

Aos companheiros LaMabianos (Laboratório de Mastozoologia e Biogeografia – UFES)

por todos os momentos de debate, discussão e descontração que tornam o dia-a-dia de

trabalho muito mais agradável. Trabalhar ao lado de vocês é uma honra e esse trabalho

contou com a contribuição de cada um de vocês.

Konrad Radzikowski pelo companherismo nos campos e toda parceria durante o período

que esteve no Brasil. Danke Schön!

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A. Lima, A. Garda, R. Ávila, M. Napoli, M. Trefaut, D. Santana e C. Haddad, demais

curadores e técnicos em curadoria pela doação de alíquotas de tecidos para a realização

das análises moleculares. A. Fouquet, D. Massemin e R. Ernst por toda ajuda em relação

aos Pipidae.

Aos professores do PPGBAN por todos os ensinamentos e trocas de ideias. Vocês são

todos grande inspiração na minha vida profissional.

Aos professores componentes da banca pela disponibilidade de avaliar e contribuir para o

enriquecimento desse trabalho.

Ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e à

Fundação de Amparo a Pesquisa e Inovação do Espírito Santo (FAPES) pelos recursos

aplicados ao Núcleo de Genética Aplicado à Conservação da Biodiversidade. À FAPES e

à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES) pela bolsa de

mestrado.

Por fim, a todos os demais envolvidos de alguma forma na minha vida profissional e

acadêmica. Muito obrigado aos meus queridos alunos, aos funcionários da UFES e aos

meus colegas do PPGBAN.

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Resumo

Pipa carvalhoi (Anura: Pipidae) é um anfíbio aquático primitivo que se distribui ao

longo das drenagens costeiras do leste do Brasil. Sua distribuição é marcada por uma

disjunção superior a 500 km onde não existem registros da ocorrência do animal. Suas várias

adaptações ao hábito de vida subaquático, que incluem a retenção de linha lateral, ausência

de língua e alimentação por sucção sugerem baixa capacidade de dispersão por terra e

consequentemente, alta estruturação genética entre suas populações. O objetivo do presente

estudo foi, então, compreender os padrões de diversificação genética de Pipa carvalhoi ao

longo de sua distribuição geográfica e a influência de seu hábito de vida nos processos

históricos que moldaram sua diversidade. Foram sequenciados os marcadores mitocondriais

12S, 16S e NADH desydrogenase (ND2) assim como os marcadores nucleares Seventh in

Absentia (SIA) e Tyrosinase (TYR) para 79 amostras de tecidos de P. carvalhoi, provenientes

de grande parte de sua distribuição geográfica, além de outras duas espécies do gênero. Foi

revelada uma forte estruturação genética associada a divisão das principais regiões

hidrográficas. Sua diversificação data do Paleogeno e parece estar associada ao surgimento

das principais drenagens costeiras do Brasil. A alta estruturação genética, a ausência de

indícios recentes de fluxo gênico e a divergência profunda revelam diversidade críptica ao longo

da distribuição de Pipa carvalhoi.

Palavras-chaves: Filogenética; Biogeografia; Anura; Mata Atlântica; Pipidae.

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SUMÁRIO

Introdução ................................................................................................................ 5

Objetivos .................................................................................................................. 8

Objetivo Geral ......................................................................................................... 8

Objetivos Específicos .............................................................................................. 9

Materiais e Métodos ................................................................................................ 9

Amostras Populacionais .......................................................................................... 9

Métodos Moleculares e Filogenéticos ..................................................................... 10

Resultados ............................................................................................................... 12

Discussão ................................................................................................................. 17

Conclusões .............................................................................................................. 29

Referências Bibliográficas ...................................................................................... 31

TABELAS .................................................................................................................. 40

FIGURAS ...................................................................................................................

APÊNDICES ..............................................................................................................

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1. Introdução

Estudos de genética molecular apontam que a diversidade de espécies

reconhecidas está subestimada em grande parte dos animais e plantas (Oliver et al.

2013). Em anfíbios, essa subestimação é evidente, uma vez que nos últimos 20 anos,

aproximadamente 3000 espécies foram descritas (Köhler et al. 2005; Glaw & Köhler,

1998; Köhler et al. 2005; AmphibiaWeb, 2016). Dessa forma, observa-se um aumento de

mais de 35% no número absoluto de espécies, sendo este decorrente de dois fatores: i:

acesso a regiões tropicais anteriormente não exploradas, aumentando o número de

espécies endêmicas) e ii: abordagens teóricas associadas de novas metodologias, como

a filogeografia e a bioacústica, que aliadas à taxonomia clássica, revelam a diversidade

de espécies crípticas (Köhler et al. 2005; Fouquet et al. 2007).

Das 7528 espécies de anfíbios reconhecidas atualmente, 88% pertencem à Ordem

Anura (AmphibiaWeb, 2016), distribuídas, principalmente, na região Neotropical (Köhler

et al. 2005), na qual o Brasil possui o maior índice de riqueza de anuros em âmbito

global, sendo 982 espécies registradas até o momento no total. Dessas, mais de 500

(Haddad et al. 2013) ocorrem na Mata Atlântica (MA), um dos biomas mais ameaçados

do mundo em decorrência da ocupação humana. Dos seus mais de 1.300.000 km² de

mata originais, a MA está hoje reduzida a menos de 8% de sua extensão, representada

por pequenos fragmentos dispersos ao longo da costa brasileira e em Missiones,

Argentina (Galindo-Leal & Câmara, 2005). Sua relevância ecológica, atrelada à ameaça

de destruição que vem sofrendo, evidenciam a importância de se estudar os processos

causadores dessa diversidade.

Estudos filogeográficos têm sido desenvolvidos, com a utilização de diferentes

organismos como modelo, como anfíbios e mamíferos, na busca por padrões que

buscam investigar a diversidade de espécies e os processos históricos ligados à

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especiação neste bioma (e.g. Carnaval, 2002; Pellegrino et al., 2005; Grazziotin et al.,

2006; Carnaval et al., 2009; Fitzpatrick et al., 2009; Costa & Leite, 2012). Observa-se

diferentes propostas para explicar a origem da alta diversidade de espécies encontrada

na MA, como as hipótese dos refúgios pleistocênicos (Haffer, 1969; Carnaval et al.

2009), a hipótese de isolamento por rios (Wallace, 1952; Sick, 1967), hipótese dos

gradientes ecológicos (Endler, 1982), hipótese paleogeográfica (Chapman, 1917; Bates,

2001) e, mais recentemente, hipótese da Mata Atlântida (Leite et al., 2016).

Apesar dos muitos esforços empregados na busca por um padrão geral que

compreendesse toda a diversidade registrada na MA, os estudos indicam que espécies

diferentes, mesmo aquelas com distribuição geográfica similar, podem ter sido

influenciadas por processos históricos distintos (Batalha-Filho & Miyaki, 2011; Tonini et

al. 2013). Sendo assim, para compreender corretamente o padrão filogeográfico de uma

espécie, além dos aspectos ambientais associados, deve ser levado em conta também

sua história natural, já que vários fatores como filopatria, capacidade de dispersão,

competição com espécies próximas e presença de parasitas e patógenos podem

influenciar diretamente na estruturação geográfica das populações (Martins &

Domingues, 2011; Tonini et al. 2013). Em seus estudos sobre anfíbios amazônicos,

Fouquet et al. 2007 menciona que espécies de anuros que são associadas a áreas

abertas, como Leptodactylus fuscus, Adenomera hylaedactyla e Scinax ruber, bem como

as que estão associadas a rios e grandes pântanos, como Lithobates palmipes, Pipa

pipa, Sphaenorhynchus lacteus, Hypsiboas ranipes e Dendropsophus nanus, tendem a

apresentar menor estruturação filogeográfica.

Os Pipidae são anuros primitivos altamente adaptados à vida aquática, que se

distribuem ao longo da África subsaariana (gêneros Xenopus, Hymenochirus e

Pseudhymenochirus) e América do Sul e Central (gênero Pipa). Adaptações para o

hábito subaquático incluem retenção de linha lateral no adulto, ausência de língua,

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alimentação por sucção, ausência de tímpano, ausência de cordas vocais e

membranas interdigitais (Trueb & Cannatella, 1986; Tobias et al. 2011). Suas

espécies habitam corpos d’água permanentes e temporários, bem como riachos

lênticos e remanso de córregos, onde camuflam-se na lama e em folhas depositadas

no substrato (Carvalho, 1937; Trueb &.Cannatella, 1986). Xenopus corresponde ao

gênero mais estudado da família, sendo também o mais diverso, com 29 espécies

atualmente reconhecidas. Sabe-se que esses organismos apresentam uma alta

capacidade de migração entre habitats, tanto entre rios diferentes, no período seco,

quanto entre poços, no período úmido (Rödel, 2000).

Diferentes estudos apontam que, em espécies aquáticas, a estruturação

genética pode ocorrer devido à separação geográfica entre bacias hidrográficas

(Lovejoy & de Araujo 2000; Turner et al. 2004; Hubert et al. 2007; Sistrom et al. 2009;

Cooke et al. 2009;Pearse et al. 2006). Em Xenopus, porém, observa-se que

determinadas espécies possuem ampla distribuição, com alta conexão entre

populações de diferentes bacias hidrográficas, sugerindo que a divisão entre bacias

não deve ter sido o fator primordial na diversificação desse gênero (Evans et al. 2004;

2015; Furman et al. 2015). A separação das espécies Xenopus ocorreu em períodos

anteriores ao Pleistoceno, com os processos de especiação relacionados a eventos

alopoliploidia independentes, em que duas espécies se hibridizam e o zigoto é

estabilizado pela duplicação cromossômica (Kobel, 1996; Evans et al. 2004; 2015).

Pipa é o gênero endêmico da região Neotropical, composto por sete espécies,

seis das quais ocorrem ao longo e acima das bacias dos rios Amazonas e Orinoco (P.

arrabali, P. aspera, P. myersi, P. parva, P. pipa e P. snethlageae) e uma espécie (P.

carvalhoi) com ocorrência na costa leste do brasil, abrangendo os biomas da MA e

Caatinga, com limite sul em Vitória, Espírito Santo (Silva et al. 2010; Santana et al.

2014). Dentre as características que distinguem o gênero Pipa dos demais Pipidae

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africanos está o formato das pontas dos dedos e sua reprodução, em que os ovos

são carregados nas costas da fêmea durante o desenvolvimento (Trueb & Cannatella,

1986; Azrabe, 1999; Canedo, 2006). P. carvalhoi pode ocupar ambientes

relativamente impactados, sendo frequentemente encontrado em meios antropizados,

incluindo lagos artificiais (Silva et al. 2010; Santana et al. 2014). Possui distribuição

disjunta no leste do Brasil, com um primeiro agrupamento de populações no Nordeste

(Ceará, Paraíba, Pernambuco, Rio Grande do Norte e Sergipe), e um segundo ao

longo do Sul da Bahia, Espírito Santo e Minas Gerais (Silva et al. 2010; Santana et al.

2014).

Trabalhos sobre filogeografia de anfíbios na MA já levaram em conta espécies

com diferentes modos de vida, como arborícolas (Carnaval et al., 2009; Tonini et al.

2013), terrestres (Thomé et al. 2010; Fouquet et al. 2012) e semi-fossoriais (Tonini et

al., 2013). Porém, segundo Tonini et al. 2013, a diferença no modo de vida das

espécies pode acarretar respostas diferenciadas aos eventos biogeográficos e

paleoclimáticos comuns à área de distribuição.

Para Pipa carvalhoi há um desconhecimento das relações filogeográficas, dos

processos históricos relacionados à sua distribuição e da influência de seu hábito de

vida nos padrões de segregação das populações. Por tratar-se da única espécie

subaquática dentro da diversidade de anuros que abarca sua distribuição, questiona-

se se P. carvalhoi pode revelar padrões filogeográficos completamente distintos

àqueles conhecidos para outras espécies de hábitos distintos. Dessa forma,

objetivamos i: investigar a distribuição da diversidade genética de P. carvalhoi ao

longo de sua distribuição geográfica; ii: compreender se há segregação entre as

populações associadas à diferentes bacias hidrográficas.

2. Objetivos:

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2.1. Objetivo Geral:

Compreender os padrões de diversificação genética de Pipa carvalhoi ao longo

de sua distribuição geográfica.

2.2. Objetivos Específicos:

i. Mapear a diversidade genética e relação filogenética entre as diferentes

populações de P. carvalhoi;

ii. Avaliar e datar os processos históricos ligados a diversificação genética de P.

carvalhoi;

iii. Estudar a ligação entre P. carvalhoi e as espécies amazônicas de Pipa, além

de reconstruir potenciais rotas de colonização da Mata Atlântica por esta espécie.

3. Material e Métodos

3.1 Amostras Populacionais

Para as análises genéticas foram utilizados tecidos muscular e hepático,

conservados em etanol 95%.. Parte do material foi obtido por doação das coleções “Célio

Fernando Batista Haddad” (CFBH) da Universidade Federal de São Paulo (UNESP),

Coleção Herpetológica da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (CHBEZ),

Coleção de Anfíbios e Répteis da Universidade Rural do Cariri (URCA-G), Coleção de

Anfíbios da Universidade Federal da Bahia (UFBA), Coleção de Anfíbios e Répteis do

Instituto Nacional de Pesquisas da Amazônica (CHINPA), por amostras cedidas pelos

pesquisadores Dr. Miguel Trefaut Rodrigues da Universidade de São Paulo (USP) e Dr.

Diego José Santana da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul (UFMS). O restante

das amostras foram coletadas durante este estudo nos municípios de Santa Teresa (ES),

Santa Maria de Jetibá (ES), Colatina (ES), e em Poté (MG) (Figura 1). A captura dos

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espécimes foi realizada por meio de busca ativa em corpos d’água, tanto temporários

quanto permanentes, com auxílio de um puçá de pesca de malha fina. Os exemplares

coletados foram eutanasiados em etanol 20% para retirada de tecido hepático, fixados em

formalina 10% por 48 horas e transferidos para conservação em etanol 70%.

Foram obtidos um total de 79 amostras de tecido hepático ou muscular, sendo

destas, 55 amostras de Pipa carvalhoi distribuidas ao longo de toda a distribuição

geográfica conhecida para a espécie (Figura 1), além de 21 amostras de P. pipa e 2

amostras de P. arrabali. Adicionalmente, foram utilizadas sete amostras de outras

espécies da família Pipidae, disponíveis no Genbank nas análises do marcador molecular

12S (Apêndice 1). A lista de amostras e suas respectivas localidades estão representadas

na Tabela 1.

3.2 Métodos Moleculares e Filogeográficos

As amostras de tecido foram submetidas ao protocolo de extração com sal descrito

por Bruford et al. (1992) e posteriormente submetidas à eletroforese em gel de agarose

1% para checagem do sucesso da extração de DNA.

Os marcadores mitocondriais NADH dehydrogenase 2 (ND2), 16S, 12S, e os

nucleares Seventh in Absentia (SIA) e Tyrosinase (TYR) foram amplificados através da

clonagem in vitro pela reação em cadeia da polimerase (PCR) em um termociclador. Os

primers utilizados e os perfis de PCR encontram-se na Tabela 2.

Os produtos de PCR foram purificados com ExoSAP-IT (GE Healthcare Life

Sciences) e sequenciados com o kit BigDye Terminator 3.1 (Applied Biosystems). As

sequências foram obtidas por meio do sequenciador automático ABI 3500 (Applied

Biosystems) no Núcleo de Genética Aplicada à Biodiversidade da Universidade Federal

do Espírito Santo – UFES.

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As sequências foram alinhadas pelo método MUSCLE (Edgar, 2004) implementado

no software MEGA 6 (Tamura et al. 2013) e, posteriormente, conferidas manualmente. O

melhor modelo mutacional foi calculado para cada marcador molecular utilizado pelo

software JModelTest (Posada, 2008). A partir das sequências alinhadas foram geradas

árvores de afinidade filogenética pelos algoritmos de Máxima Verossimilhança (MV) e

Inferência Bayesiana (IB) utilizando-se, respectivamente, os softwares MEGA 6 (Tamura

et al., 2013) e BEAST v1.6.2 (Drummond & Rambaut, 2007). Para cada algoritmo, 6

cladogramas foram gerados: um para cada marcador molecular individual e os demais

para os cinco marcadores concatenados. Os valores para suporte dos clados da MV foi

gerado por meio de 1000 replicações de bootstrap. Para a IB foi utilizado o algoritmo de

integração de Monte Carlo via cadeias de Markov, percorrendo 10 milhões de gerações,

com árvores amostradas a cada 1000 gerações, descartando-se as 1000 primeiras como

burn-in. Como grupo externo utilizado para as análises filogenéticas foram alocados os

táxons Pseudopaludicola sp., Pipa pipa e P. arrabali.

As distâncias genéticas foram geradas pelo software MEGA 6 (Tamura et al. 2013)

utilizando o modelo de Kimura-2-parâmetros (K2P). Dados de dinâmica populacional

foram estimados por meio de testes de neutralidade D de Tajima (Tajima, 1989), Fs de Fu

(Fu, 1997), diversidade nucleotídica (π) e haplotípica (h). Foi testada a correlação entre

distância genética e distância geográfica através do teste de Mantel pelo software Past

3.11 (Hammer et al. 2001). Para avaliar a conexão entre os haplótipos foram geradas

redes de haplótipos pelo software PopArt (Bandelt et al., 1999).

O relógio molecular foi calculado de forma a estimar, em escala temporal, a

separação das linhagens de P. carvalhoi e também da separação de P. carvalhoi das

demais espécies de Pipa. Os tempos de divergência foram calculados a partir de duas

diferentes matrizes de dados. A primeira matriz contava com seis espécies de Pipidae,

incluindo três espécies de Pipa (P. carvalhoi, P. parva e P. pipa) e três espécies africanas

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(Hymenochirus sp., Silurana tropicalis e Xenopus borealis). Tal matriz foi utilizada para

calcular, a partir do marcador 12S, a origem do gênero Pipa e da separação entre as

linhagens das três principais linhagens do gênero. A segunda matriz contou com os cinco

marcadores concatenados, utilizando amostras de P. carvalhoi dos três clados

recuperados pelas análises filogenéticas, além de P. pipa e P. arrabali. Em ambas as

análises foi utilizado relógio molecular relaxado log-normal. O ponto de calibração foi, na

primeira análise, baseado na hipótese de que a separação entre Pipa e os outros gêneros

de Pipidae foi desencadeada pela quebra da supercontinente Gondwana, onde América

do Sul e África eram terras contínuas, separando esses continentes. Diante disso,

calibramos a base do gênero Pipa com uma distribuição normal a priori tendo média de

102 Ma e desvio padrão de 7 Ma.

O número de haplótipos (H) e de sítios polimórficos (S), testes de neutralidade (D

de Tajima (1989); Fs de Fu (1997)) e índice de divergência genética (Fst) foram

estimados por meio do software DnaSP v.5 (Librado e Rozas, 2009). A correlação entre

distâncias genéticas e geográficas foi verificado por meio do Teste de Mantel

implementado pelo software Arlequin 3.5 (Excoffier e Lischer, 2010).

4. Resultados

Foram obtidas sequências de DNA mitocondrial de Pipa carvalhoi de 41 amostras

para o marcador 12S, 50 amostras para o marcador 16S, 40 amostras para o marcador

ND2, além de sequências de DNA nuclear de 54 amostras para o marcador SIA e 21

amostras para o marcardor TYR. Foram obtidas, ainda, 18 sequências de P. pipa e duas

de P. arrabali para cada um dos 5 marcadores genéticos, com exceção de ND2, em que

não foi possível o sequenciamento de P. arrabali e somente 6 sequências de P. pipa

foram obtidas com sucesso. No alinhamento, incluindo as três espécies de Pipa, as

matrizes de dados apresentaram 329 pares de bases (pb) para 12S, 370 pb para 16S,

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867 pb,para ND2, 376 pb para SIA e 300 pb para TYR. Os marcadores nucleares foram

os mais conservados. Dentre eles, SIA apresentou apenas 4% de sítios variáveis (15

sítios) e TYR apresentou 11,3% de sítios variáveis (34 sítios). Quanto aos marcadores

mitocondriais, uma maior porcentagem de sítios polimórficos foi recuperado, sendo eles

de 29,5% para 16S (109 sítios), 45,5% para 12S (143 sítios) e 66,6% para ND2 (577

sítios).

Os conjuntos de dados não apresentaram saturação de substituições de bases

significativa pelo índice de saturação do método de Xia e Xie (2001). O melhor modelo

evolutivo selecionado para as conjuntos de dados foi HKY para SIA, HKY +G para 16S,

HKY +I para 12S e TYR e GTR +G para ND2.

Pipa carvalhoi foi recuperado monofilético em todas as topologias com alto suporte,

independente do algorítmo utilizado. O monofiletismo de P. carvalhoi foi recuperado

também nas análises concatenadas com todos os marcadores. P. pipa e P. arrabali foram

sempre mais próximas entre si quando comparadas a P. carvalhoi nas análises

filogenéticas. Nas árvores de IB e MV para as matrizes de 12S, 16S e concatenadas, foi

recuperado o monofiletismo das três espécies (Apêndice 2 a 5, 12 e 13). Para as matrizes

de TYR e SIA, porém, P. arrabali e P. pipa formaram uma grande politomia, tanto na IB

quanto na MV (Apêndice 8 a 11). A matriz de dados de ND2 não apresentou amostras de

P. arrabali, portanto, nas árvores de IB e MV para este gene só foi recuperado o

monofiletismo de P. carvalhoi e P. pipa (Apêndice 6 e 7). A matriz de 12S recuperou a

espécie P. parva como grupo mais basal dentro do gênero Pipa (Figura 2).

Na árvore de espécies, assim como dentre as árvores de genes, para os

marcadores mitocondriais (12S, 16S e ND2), P. carvalhoi está estruturado em três clados,

nomeados aqui como Atlântico Sudeste, Atlântico Leste e Atlântico Nordeste (Figura 3),

em referência às bacias hidrográficas nas quais estão concentrados a maior parte dos

indivíduos agrupados. As amostras de Pernambuco, na região da Bacia do São Francisco

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e de Minas Gerais, nas regiões das Bacias Atlântico Leste e Atlântico Sudeste, ficaram

espalhadas pelos três clados. Os clados foram também separados com alto suporte nas

árvores de genes concatenadas. Os marcadores nucleares (SIA e TYR), porém,

recuperaram P. carvalhoi como uma grande politomia, sem evidenciar a divisão interna de

grupos com alto suporte. Somente a árvore de IB da matriz de dados de SIA separou o

clado Atlântico Nordeste das demais localidades de P. carvalhoi (Apêndice 8).

O clado Atlântico Sudeste reuniu amostras de todas as localidades do Espírito

Santo, hidrograficamente localizadas na bacia Atlântico Sudeste, e as amostras de Poté,

Minas Gerais, localizadas na bacia Atlântico Leste, porém, próximas à divisa com a bacia

Atlântico Sudeste. Esse clado foi monofilético em todas as filogenias de genes

mitocondriais e, também, de genes concatenados. As amostras do Espírito Santo sempre

formaram subclado separado das amostras de Minas Gerais com alto suporte estatístico

na IB e MV (Apêndice 2 a 7, 12 e 13).

O clado Atlântico Leste agrupou amostras de todas as localidades no estado da

Bahia, localizados na bacia Atlântico Leste, as amostras de Ferros, Minas Gerais,

localizada na bacia Atlântico Sudeste e Buíque, além das amostras de Pernambuco,

localizada na bacia do São Francisco. Nas filogenias de ND2, as amostras de

Pernambuco foram agrupadas em um clado à distinção dos demais, na base de P.

carvalhoi, sem qualquer relação de monofiletismo com os representantes da bacia

Atlântico Leste (Apêndice 6 e 7).

O clado Atlântico Nordeste agrupou as amostras do Ceará e Rio Grande do Norte,

localizadas na bacia Atlântico Nordeste, além de amostras de Araçuaí, Minas Gerais,

cidade localizada na bacia Atlântico Leste, na região do Vale do Jequitinhonha. Esse

clado foi recuperado tanto nas filogenias de genes mitocondriais e concatenados, quando

na IB para o marcador nuclear SIA. As amostras de Minas Gerais e Rio Grande do Norte

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formaram um subclado separado das amostras do Ceará nas árvores de matriz de dados

mitocondriais e concatenados.

As redes de haplótipos dos marcadores mitocondriais também recuperaram os três

clados de P. carvalhoi (Figura 4, 5 e 6). As localidades de Minas Gerais estiveram

representadas pelos três agrupamentos, sendo Araçuaí sempre mais próxima das

amostras da Bacia Atlântico Nordeste, enquanto as amostras de Ferros sempre mais

próximas das amostras da Bacia Atlântico Leste e a de Poté mais próxima das amostras

da Bacia Atlântico Sudeste. Para a rede de haplótipos de SIA foram encontrados apenas

dois haplótipos, um somente com as amostras do clado Atlântico Nordeste, e outro com

as amostras dos clados Atlântico Leste e Atlântico Sudeste. Todos os indivíduos

amostrados compartilham o mesmo haplótipo de TYR.

O clado com maior número de haplótipos foi sempre o Atlântico Leste (12 de 12S, 5

de 16S), onde poucas localidades diferentes compartilharam haplótipos únicos. No clado

Atlântico Sudeste, a localidade de Poté, Minas Gerais, sempre segregou-se como

haplótipo distinto das amostras das localidades do Espírito Santo, que, por sua vez,

formou um haplótipo único de 12S e dois haplótipos diferentes de 16S. O clado Atlântico

Nordeste formou três haplótipos tanto de 12S quanto de 16S, representados pelas duas

localidades do Ceará, e um terceiro haplótipo reunindo amostras do Rio Grande do Norte

e de Araçuaí, Minas Gerais. A rede de ND2 recuperou haplótipos únicos apenas dentro de

mesmas localidades, porém, a maioria das amostras formaram haplótipos únicos.

Pipa carvalhoi apresentou alta divergência entre clados para os marcadores

mitocondriais e seus haplótipos mais próximos estão separados por números de passos

mutacionais semelhantes aos que separaram P. arrabali de P. pipa (Tabela 3). Os

haplótipos de P. carvalhoi foram sempre separados dos haplótipos das espécies

amazônicas por um alto número de passos mutacionais. P. carvalhoi apresentou sempre

alta divergência genética em relação às espécies amazônicas P. pipa e P. arrabali (17% ±

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3% no 12S; 16% ± 3% no 16S; 54% ± 5% no ND2; 3% ± 1% no SIA; 10% ± 4% no TYR).

A divergência entre P. pipa e P. arrabali, porém, foi baixa para todos os marcadores (6% ±

2% no 12S; 3% ± 1% no 16S; >1% em SIA e TYR). Considerando as divergências

intraespecíficas, P. carvalhoi (5% no 12S; 3% no 16S; 19% no ND2) apresentou sempre

valores maiores que P. pipa (1,5% no 12S; 2% no 16S; 5% no ND2) (Tabela 3). Pipa.

arrabali, por apresentar apenas duas amostras, apresentou divergência sempre menor

que 1%.

A divergência genética identificada entre os clados de P. carvalhoi foi alta para os

marcadores mitocondriais, sempre maior ou igual a divergência entre P. pipa e P. arrabali.

Para os marcadores nucleares, a divergência foi sempre menor que 1%, assim como a

divergência entre as espécies amazônicas. O padrão de proximidade genética entre os

diferentes clados, entretanto, variou entre os marcadores. Para 12S, o clado Atl.SE foi

mais distante de seu clado vizinho Atl.E (8% ± 2%) do que quando comparado ao clado

Atl.NE (7% ± 2%), e a menor divergência genética foi apresentada entre Atl.NE e Atl.E

(6% ± 1%). Já para os marcadores 16S e ND2, Atl.NE e Atl.E apresentaram a maior

distância genética entre clados (5% ± 1% no 16S e 26% ± 3% no ND2), enquanto as

distâncias entre os clados Atl.NE e Atl.SE foi a mesma que entre Atl.SE e Atl.E (4% ± 1%

no 16S e 23% ± 2% no ND2). Em nenhuma das análises os clados Atl.NE e Atl.SE, que

são mais distantes geograficamente, apresentaram a maior distância genética. As

amostras de Pernambuco, que nas análises de ND2 formaram um clado bastante distinto

dos demais, apresentaram uma alta divergência em relação aos clados predefinidos por

este trabalho (41% ± 4% em relação a Atl.E e Atl.SE, e 46% ± 4% em relação ao clado

Atl.NE). Quanto às divergências internas de cada clado, Atl.E apresentou a maior

divergência em 12S (2%), Atl.NE teve a maior divergência em 16S (2%) e Atl.SE foi o

mais divergente em ND2 (6%) (Tabela 3). O teste de Mantel não recuperou relação entre

distância genética e distância geográfica (p=0,74).

! 19!

O relógio molecular calculado a partir das matrizes concatenadas datou o

surgimento de Pipa carvalhoi durante o período Paleogeno entre 75,5 – 33,4 milhões de

anos atrás e a divergência das linhagens de P. pipa e P. arrabali bem mais recente, no

Mioceno, entre 16,5 – 4 milhões de anos atrás. Os três clados identificados para P.

carvalhoi divergiram também durante o Mioceno, sendo que a primeira divisão que levou

ao clado Atlântico Leste foi estimada entre 23,5 – 6,8 milhões de anos atrás, enquanto a

segunda divisão, entre os clados Atlântico Sudeste e Atlântico Nordeste foi estimada entre

20,2 – 6,2 milhões de anos atrás. O relógio molecular calculado a partir da matriz de 12S

datou o surgimento de P. parva entre 87,6 – 33,9 milhões de anos atrás e a divisão entre

P. carvalhoi e P. pipa entre 77,2 – 24,8 milhões de anos atrás (Figura 7 e 8).

Grande parte dos valores encontrados nos testes de neutralidade não foram

significativos (Tabela 4). Valores significativos indicando expansão populacional foram

encontrados apenas para o clado Atlântico Sudeste, segundo o marcador 12S, tanto pelo

teste D de Tajima quanto pelo Fs de Fu. Os valores de Fst indicaram diferenciação

genética muito significativa (Fst > 0,25; Wright 1978, Hartl e Clark 1997) entre os clados

de Pipa carvalhoi (Tabela 3). Os valores de diferenciação genética entre os clados de P.

carvalhoi foram sempre próximos ou maiores do que os valores de diferenciação entre P.

pipa e P. arrabali. De acordo com o marcador 12S, os maiores valores de Fst ocorreram

entre os clados Atlântico Sudeste e Atlântico Nordeste (0,85), entre o Atlântico Leste e

Atlântico Nordeste (0,93) segundo o marcador 16S e os identifacados para o Atlântico

Leste e Atlântico Sudeste pelo marcador ND2 (0,78).

5. Discussão

A relação evolutiva entre as três espécies de Pipa utilizadas no trabalho sustentam

a proximidade não apenas geográfica mas também genética entre P. pipa e P. arrabali.

! 20!

Os dados corroboram com a hipótese filogenética de Trueb e Cannatella (1986) que diz

que P. carvalhoi teria surgido de um evento de vicariância que resultou em sua separação

com o ancestral comum à linhagem que deu origem, posteriormente, a P. arrabali e P.

pipa. Dados osteológicos descritos em Trueb e Cannatella (1986) e Cannatella e Trueb

(1988), além da falta de estágio larval no desenvolvimento, também suportam a monofilia

do grupo P. arrabali e P. pipa, juntamente com as espécies P. aspera e P. snethlageae,

não incluídas nas análises do presente trabalho. A falta de modificações dérmicas bucais

e o corpo pouco achatado, característica presente em P. pipa e P. snethlageae, traz

grande semelhança externa entre P. carvalhoi e P. Arrabali, Porém, tal característica foi

parafilética em todas as análises evolutivas realizadas pelo presente trabalho.

Nesse estudo, a distância genética entre P. pipa e P. arrabali nunca ultrapassou

significativamente as divergências entre os clados internos a P. carvalhoi, e as amostras

das duas espécies exibiram haplótipo único nas análises de DNA nuclear, que possui

taxas evolutivas lentas em relação aos marcadores mitocondriais (Avise, 2000).

As análises de 12S, que incluíram P. parva, recuperaram a espécie como basal

dentro do gênero, corroborando a hipótese filogenética de Trueb e Cannatella (1986) e

Cannatella e Trueb (1988), que posiciona P. parva, juntamente com P. myersi como grupo

basal dentro da evolução do gênero pela presença de 5 sinapomorfias compartilhadas

com Hymenochirus, grupo-irmão de Pipa. O posicionamento do grupo Pipa parva como

primitivo na evolução do gênero foi considerado possível de estar errada pelo próprio

trabalho de Trueb e Cannatella (1986), devido à presença de características convergentes

entre o grupo e P. arrabali, P. snethlageae e P. pipa. Os dados gerados pelo presente

estudo suportam o posicionamento de P. parva como grupo basal dentro do gênero,

assim como representado nas análises de Trueb e Cannatella (1986) e Cannatella e

Trueb (1988).

! 21!

Estudos sobre a sistemática e a relação de parentesco das espécies de Pipa são

escassos e antigos. O primeiro estudo comparativo sobre o grupo foi feito por Noble

(1925), onde o autor separa Pipa em dois gêneros com base no nível de achatamento

dorso-ventral do corpo e presença de modificações dérmicas bucais: Pipa, que

corresponderia às atuais P. pipa e P. snethlageae, e Protopipa, um gênero que agrupou

as espécies P. aspera e P. parva, espécie pouco estudada até então. Pipa carvalhoi foi

posteriormente descrita como Protopipa carvalhoi por Miranda-Ribeiro (1937a), nome

utilizado também por Carvalho (1937). No mesmo ano, porém, Miranda-Ribeiro (1937b)

descreveu o gênero Hemipipa para a inclusão de P. carvalhoi, baseado na presença de

estágio larval. Hemipipa carvalhoi foi utilizado por uma série de autores nos anos que

sucederam sua descrição (Carvalho, 1939; Myers & Carvalhoi, 1945; Paterson, 1955;

Weigoldt, 1976). Dunn (1948) propôs a inclusão de todas as espécies em um único

gênero Pipa, forma que foi suportada pelas análises filogenéticas posteriores (Trueb &

Cannatella, 1986; Cannatella & Trueb, 1988; Trueb & Massemin, 2001).

Dunn (1948) caracterizou como difícil de organizar filogeneticamente as cinco

espécies de Pipa descritas até o dado momento, mas descreveu P. carvalhoi como mais

primitiva e P. pipa como mais especializada na maioria dos caracteres analisados, exceto

pela especialização das pontas dos dedos, onde P. parva apresentava a forma mais

primitiva. Trabalhos posteriores (Trueb & Cannatella, 1986; Cannatella & Trueb, 1988;

Trueb & Massemin, 2001) suportam o grupo P. parva e P. myersi como basais ao gênero,

e P. arrabali, P. aspera, P. pipa e P. snethlageae como grupo mais especializado dentro

da filogenia (Figura 9).

O presente trabalho representa o primeiro estudo molecular utilizando mais de

duas espécies de Pipa e, ainda, o primeiro estudo a visitar a relação de parentesco entre

as espécies do gênero desde o trabalho de Trueb e Massemin (2001). Apesar de não

incluirem amostras das espécies P. aspera, P. myersi e P. snethlageae na matriz de

! 22!

dados analisada, o parentesco evolutivo das mesmas com, respectivamente, P. arrabali,

P. parva e P. pipa tem alto suporte (Trueb & Cannatella, 1986; Cannatella & Trueb, 1988;

Trueb & Massemin, 2001). Esse resultado corrobora a homologia do desenvolvimento

direto dentro do gênero e posiciona essa característica como derivada dentro de sua

história evolutiva, sendo presente apenas em P. arrabali, P. aspera, P. pipa e P.

snethlageae. Características como presença de dentes maxilares são, porém,

convergências entre P. parva, P. pipa e P. snethlageae e representam homoplasias da

característica derivada (Trueb & Cannatella, 1986).

Não existem evidências plausíveis para o reconhecimento de Hemipipa e Protopipa

como gêneros separados de Pipa. Os níveis de divergência encontrados entre as

espécies são altos em relação aos encontrados em outras espécies de Anuros (Vences et

al. 2005a; Vences et al. 2005b), porém, os altos níveis de divergência e o alto número de

passos mutacionais na separação entre os haplogrupos de cada espécie podem ser fruto

da separação muito antiga sofrida pelas principais linhagens dentro do gênero e o

isolamento gerado pela separação das principais bacias hidrográficas que abrigam as

espécies.

As relações filogenéticas entre as espécies de Pipa, bem como a divisão de

haplótipos corroboram a hipótese biogeográfica de Trueb e Cannatella (1986) que sugere

que o ancestral do gênero era, após a separação dos continentes Africano e Sul

Americano, espalhado por toda América do Sul. Esse ancestral sofreu,

subsequentemente, uma vicariância que o dividiu em duas espécies. A primeira delas

restrita à região ao Noroeste da América do Sul, dando origem a P. parva e P. myersi,

hoje restritas às regiões da bacia do rio Maracaibo, na Venezuela e no noroeste da

Colombia, respectivamente. A outra que ocupava a região hidrográfica dos rios Orinoco e

Amazonas e ainda áreas do Sudeste e Nordeste do Brasil. Em seguida, um novo evento

vicariante resultou em uma espécie isolada na costa leste do Brasil, que deu origem à P.

! 23!

carvalhoi e a linhagem que deu origem a P. arrabali , P. aspera, P. snethlageae e P. pipa

teria se diversificado nas regiões Amazônicas e do rio Orinoco.

A divisão do supercontinente Gondwana parece ter tipo papel crucial na origem da

diversidade atual de Pipidae. Estes (1975) propôs que a quebra da Gondwana foi o

evento responsável pela divisão entre Pipa e os gêneros africanos Hymenochirus e

Pseudhymenochirus. Tal hipótese foi utilizada como ponto de calibração das análises de

relógio molecular no presente estudo, já que não existem indícios da presença de fósseis

de Pipa na África e nem de fósseis de Hymenochirus ou Pseudhymenochirus na América

do Sul. A ideia de que anfíbios podem se dispersar sobre uma barreira marinha já foi

utilizada como base para explicação sobre a distribuição de diversas espécies,

principalmente relacionados a eventos de colonização de ilhas oceânicas (Evans et al.

2003; Vences et al. 2003), porém, é muito menos frequente do que a dispersão por meio

de ambientes terrestres (Bewick et al. 2012).

Estes (1975a,b) descreveu “Xenopus” romeri do Paleoceno tardio na Bacia de

Itaboraí. A presença de um fóssil de Xenopus na América do Sul tornaria pouco provável

a hipótese de diversificação de Xenopus durante o Paleoceno/Eoceno. Este fóssil foi

reanalisado posteriormente por Cannatella e Trueb (1988) e Báez e Harrison (2005) que

posicionaram ”Xenopus” romeri anterior ao surgimento do gênero Xenopus. A família

Pipidae, favorecida pelo hábito de vida aquático, é uma das mais numerosas em termos

de registros fósseis dentre todos os anfíbios. Em sua grande maioria os registros datam

do Cretáceo e Terciário e estão localizados por várias regiões da África e América do Sul.

Tais registros dão suporte às hipóteses biogeográficas de diversificação da família. A

presença de Singidella e Pachycentrata, grupo-irmão dos atuais Hymenochirus e

Pseudhymenochirus, somente na África dá suporte à hipótese de divisão da linhagem

Pipinae (Hymenochirus, Pseudhymenochirus e Pipa) pela quebra do supercontinente

Gondwana. Não existe, porém, nenhum registro fóssil de espécies de Pipa, nem mesmo

! 24!

de espécies próximas a este táxon, para ser utilizado como ponto de calibração para as

análises de relógio molecular.

A datação mostrou que a separação entre as principais linhagens de Pipa

aconteceu pouco depois da quebra da Gondwana, ainda durante as primeiras fases do

Período Terciário, cerca de 61 Ma para o primeiro evento de vicariância, que separou o

grupo P. parva das demais espécies e 53 Ma para o segundo evento vicariante, isolando

a linhagem de P. carvalhoi na costa leste. O Paleoceno e Eoceno parecem ter sido

importantes também na formação da diversidade atual das linhagens Africanas de

Pipidae. Evans et al. (2004) estimaram que todos os Xenopus atuais originaram-se entre

50.5 e 81.3 Ma.

Diferente das espécies de Pipa, determinados Xenopus possuem distribuição

muito ampla e com alta conexão entre populações de diferentes bacias hidrográficas,

sugerindo que esse não deve ter sido o fator primordial na diversificação desse

gênero (Evans et al. 2004; 2015; Furman et al. 2015). O histórico de especiação

desse gênero africano, porém, parece estar relacionado a diversos processos de

alopoliploidia independentes, com a presença de espécies tetraploides, octoploides e

até dodecaploides (Kobel, 1996; Evans et al. 2004; 2015). Em Pipa, as bacias

hidrográficas parecem ter atuado no isolamento das principais linhagens e, ainda,

pontualmente na divisão de espécies-irmãs, como entre P. parva e P. myersi, em que

P. parva está restrita a áreas da bacia do Rio Maracaibo, onde P. myersi não ocorre. As

espécies das regiões do Orinoco e Amazônica possuem ampla distribuição geográfica,

incluindo diversos pontos de simpatria, onde os níveis de divisão interna de redes

hidrográficas não parecem ter tido papel importante nos eventos de especiação.

As análises intraespecíficas recuperaram, em P. carvalhoi, três clados distintos,

nomeados aqui de acordo com as bacias hidrográficas a qual fazem parte a maioria de

! 25!

suas amostras. A composição de cada clado foi similar em todas as análises filogenéticas,

independente do marcador utilizado.

O clado Atlântico Nordeste é composto por amostras dos estados do Ceará e Rio

Grande do Norte, juntamente com as amostras de Araçuaí, Minas Gerais. O clado

Atlântico Leste é composto pelas amostras situadas na Bahia, Pernambuco e,

adicionalmente, as amostras de Ferros, Minas Gerais. O clado Atlântico Sudeste foi

composto pelas amostras de todo o Espírito Santo, além de Poté, Minas Gerais.

As medidas de distância genética recuperaram, para genes mitocondriais, alta

divergência entre clados e baixa divergência interna aos clados. As distâncias, em geral,

são superiores ao padrão de distâncias intraespecíficas presentes na literatura. Vences

(2005a,b), revela que a variação intrapopulacional em 16S varia de 0 a 3%, enquanto

entre diferentes populações da mesma espécie a variação é de 0 a 5,1% e entre espécies

diferentes, entre 1 e 16,5%, com valores mais baixos entre espécies de distribuição

alopátrica. Sugere-se (Vences 2005a,b) que valores em torno de 5% para 16S sejam

utilizados como limiar para a definição de espécies em Anfíbios, enquanto Fouquet et al.

(2007) sugere o valor mínimo de 3% entre espécies diferentes para o mesmo marcador.

Os valores de divergência recuperados no presente estudo para o marcador 16S entre os

clados de P. carvalhoi foram de 4% ± 1% entre os clados Atl.NE e Atl.SE e entre Atl.SE e

Atl.E, e de 5% ± 1% entre os clados Atl.NE e Atl.E. Em adição, foram recuperados valores

baixos de divergência dentro dos clados, sendo 0% para Atl.E e 1% para Atl.SE. A

divergência entre as espécies P. pipa e P. arrabali para o gene 16S foi também de 5% ±

1%.

Para ND2, tem sido considerado o limiar de 10% para a divergência entre espécies

de anuros (Crawford, 2003). A distância recuperada entre os clados de P. carvalhoi foi de

22% a 29%, muito acima do limiar utilizado para outras espécies de anuros. Não foi

possível amplificar nenhuma sequência de ND2 para P. arrabali, mas a distância entre P.

! 26!

pipa e P. carvalhoi foi, em média, 54%. As divergências dentro dos clados foi, porém, de

2% para os clados Atl.E e Atl.NE, e de 6% para o clado Atl.SE.

Não existe limite de divergência interespecífica determinado para o gene 12S,

porém, Nogueira et al. (2016) recuperou valores de 4% a 10% entre espécies do grupo

Scinax catharinae e entre 7% e 17% entre espécies do grupo Scinax ruber. Os valores de

divergência entre os clados de P. carvalhoi variaram entre 6% e 8% no presente estudo,

enquanto entre as espécies P. pipa e P. arrabali a distância foi de 6%. As divergências

dentro dos clados foi sempre menor de 2% para o mesmo marcador.

Uma alta estruturação genética foi identificada para todos os clados de P.

carvalhoi. Os valores de divergência genética entre os clados foram sempre iguais, ou

maiores, do que os valores de divergência entre P. pipa e P. arrabali. A separação de P.

pipa e P. arrabali é suportada também por diversos caracteres morfológicos e

osteológicos (Noble, 1925; Dunn, 1948; Trueb & Cannatella, 1986; Cannatella & Trueb,

1988) e cada uma dessas espécies possuem ainda, uma espécie-irmã mais próxima que

não foi incluída no presente estudo (P. aspera para P. arrabali e P. snethlageae para P.

pipa). Os valores altos de Fst sugerem ausência de fluxo gênico entre os diferentes

clados.

Além de altos valores de distância genética, o relógio molecular recuperou tempo

de divergência entre os clados de P. carvalhoi mais antigo que a separação de P. arrabali

com P. pipa. A separação entre os clados de P. carvalhoi ocorreu durante o Mioceno, há

cerca de 14,4 Ma, com intervalo de 95% de confiança entre 6,8 e 23,5 Ma. A separação

entre P. pipa e P. arrabali foi também durante o Mioceno, por volta de 9,5 Ma, com

intervalo de 95% de confiança entre 4,0 e 16,5 Ma.

Grande parte dos pesquisadores sistematas concordam hoje que o melhor futuro

possível para a tomada de decisões taxonômicas é a abordagem integrativa. Devido à

sua complexidade, a diversidade de espécies precisa ser analisada por meio de múltiplas

! 27!

perspectivas, já que a evolução das diferentes características acontece em taxas

diferentes e podem variar entre os diferentes grupos de seres vivos (Padial et al. 2010).

Aspectos morfológicos, ecológicos e comportamentais devem ser analisados, juntamente

com os dados moleculares, para que seja definido com maior precisão se Pipa carvalhoi

corresponde a um complexo de diferentes espécies.

A relação de parentesco entre os três clados internos a P. carvalhoi variou entre os

diferentes marcadores. As árvores de 16S e ND2 separaram os clados como Atl.SE e

Atl.NE como um grupo monofilético separado do clado Atl.E, embora para o último

marcador a IB tenha tido suporte moderado (91%). Em SIA, porém, foi recuperada a

monofilia dos clados Atl.SE e Atl.E com moderado suporte filogenético (94%). Para as

árvores de TYR e 12S foi recuperada uma tricotomia entre os três clados. As análises

concatenadas corroboram a monofilia dos clados Atl.SE e Atl.NE, que possuem a maior

distância genética entre si. Tal relação se torna possível se assumirmos que, após a

segregação dos indivíduos da bacia Atlântico Leste, os demais indivíduos das bacias

Atlântico Nordeste e Sudeste mantiveram contato por vias interioranas, mantendo, assim,

o fluxo gênico. O fato de Minas Gerais apresentar amostras pertencentes a ambos os

clados, Nordeste e Sudeste, sugere que pode ter sido esse o ponto de contato entre eles.

As amostras de Pernambuco estão localizadas na bacia do São Francisco. Apesar

de serem as únicas amostras localizadas nessa bacia, tais amostras só formaram um

clado em separado dos demais representantes das demais bacias hidrográficas nas

análises de ND2, onde se configuram como o grupo mais basal da espécie. Para outros

marcadores, incluindo a análise concatenada, as amostras da bacia do São Francisco

foram sempre internas ao clado Atlântico Leste, sendo monofiléticas apenas em 12S. Os

níveis de divergência par a par e a posição filogenética das amostras de tal localidade

sugerem fluxo gênico recente. Porém, existe uma disjunção entre a localidade de

Pernambuco e as demais localidades da Bahia de pelo menos 500 km, onde nunca foi

! 28!

registrada a presença da espécie (Santana et al. 2014). A coleta de novos espécimes e

inclusão de novas sequências provenientes de Pernambuco, Paraíba, Ceará e Sergipe,

estado onde a ocorrência de P. carvalhoi foi recém registrada, ajudarão a definir com

melhor precisão a relação filogenética da região em relação às outras localidades e a

investigar uma quebra filogenética entre os dois clados. Vale pontuar que a disjunção na

distribuição geográfica de P. carvalhoi era de 1500 km quando registrada por Myers e

Carvalho (1945). Com o registro de novas localidades (Santana et al. 2014) a disjunção

conhecida hoje não ultrapassa os 500 km. Portanto, essa faixa onde a ocorrência da

espécie não é registrada por ser resultado do menor esforço de coleta local, ou ainda de

eventos de extinção local e recente.

P. carvalhoi já foi estudada sobre diferentes aspectos estruturais e

comportamentais. Estudos osteológicos foram extremamente importantes para a

descrição de toda a diversidade do gênero (Paterson, 1955; Trueb & Cannatella, 1986;

Cannatella & Trueb, 1988; Trueb & Massemin, 2001), assim como aspectos morfológicos

de todas as espécies (Noble, 1925; Dunn, 1948), aspectos histológicos do dorso de

fêmeas foram investigados por Fernandes et al. (2011), características bioacústicas e

reprodutivas foram realizadas por Heuwinkel e Bunten (1996) e a composição da dieta

estudada por Canedo et al. (2006). Em nenhum dos trabalhos citados, porém, o foco foi a

investigação da variação geográfica ou as divergências intraespecíficas. Dunn (1948) cita

as localidades conhecidas para P. carvalhoi estavam divididas em dois grupos: um grupo

entre Pernambuco e Ceará, ocorrendo em altutides de 590 a 1000 metros e um outro

grupo em terras baixas, representado por outro grupo formado por, até então, uma única

localidade a 1500 km de distância do primeiro grupo, no Espírito Santo. O presente

estudo representa, então, a primeira tentativa de organização intraespecífica das

linhagens de P. carvalhoi.

! 29!

Apesar de muitas novas localidades terem sido descobertas para P. carvalhoi após

os estudos morfológicos de Dunn (1948), a distribuição geográfica da espécie continua a

apresentar uma disjunção entre as amostras do Nordeste e do Sudeste. A disjunção

corresponde hoje a uma faixa de aproximadamente 500 km entre a localidade de Poço

Redondo, em Sergipe e Jequié, na Bahia que são, respectivamente, a localidade mais ao

sul conhecida para o primeiro grupo e aquela mais ao norte conhecida para o segundo

grupo (Santana et al. 2014). Apesar do padrão de disjunção existente geograficamente

para a espécie, os haplótipos de P. carvalhoi não apresentaram padrão de parentesco

evolutivo semelhante ao observado em sua distribuição geográfica em nenhuma das

análises realizadas.

Grande parte das espécies de anfíbios estão altamente ligadas a ambientes

úmidos e corpos d’água devido principalmente à presença de larva aquática,

chamada de girino, e também da alta suscetibilidade à desidratação (Duellman e

Trueb, 1994). Pipa, porém, é o único gênero Neotropical a apresentar adultos

adaptados à vida subaquática, e se utilizar de tais ambientes aquáticos para todas as

suas funções biológicas, tais como alimentação, reprodução, desenvolvimento e

forrageamento, de forma que era esperado uma associação muito maior com o

padrão de dispersão apresentado por peixes de água doce, onde a diversidade está

associada principalmente aos processos físicos relacionados ao surgimento e

diferenciação das bacias hidrográficas (Costa & Bockmann, 1994; Armbruster, 1998;

Quevedo & Reis, 2002), do que de outras espécies de anfíbios, explicados por

padrões ligados à fauna terrestre como a Hipótese dos Refúgios (Haffer, 1969; Carnaval

et al. 2009; Menezes et al. 2016).

A relação evolutiva recuperada para as amostras costeiras, entretanto, pode ser

explicada pela divisão das bacias hidrográficas. Amostras das diferentes bacias

hidrográficas formaram clados separados nas análises filogenéticas, haplótipos separados

! 30!

e apresentaram alta estruturação genética entre elas. Associado a isso, amostras de uma

mesma bacia apresentaram sempre alta proximidade filogenética e haplotípica, além de

baixa divergência genética entre elas. Nossos dados contavam com amostras de apenas

uma localidade da bacia do São Francisco, porém, tais amostras só formaram um clado

único em ND2. Nas demais análises, as amostras da bacia do São Francisco estiveram

inclusas ao clado Atlântico Leste.

A separação entre as bacias hidrográficas não explica, porém, todas as relações

filogenéticas encontradas para P. carvalhoi, falhando em explicar principalmente o padrão

encontrado para as amostras de Minas Gerais, localizadas mais ao interior do continente.

Amostras de Araçuaí, Minas Gerais, área localizada na Bacia Atlântico Leste,

representam o mesmo haplótipo ou um haplótipo muito próximo a amostras do Rio

Grande do Norte e Ceará, localizados na Bacia Atlântico Nordeste, apesar de estarem

separados por mais de 1000 km. Amostras de Ferros, Minas Gerais, apesar de estarem

localizadas na Bacia Atlântico Sudeste, foram sempre mais próximas filogeneticamente às

amostras da Bacia Atlântico Leste, localizadas principalmente na Bahia. Amostras de

Poté, Minas Gerais, localizadas na Bacia Atlântico Leste, foram sempre mais próximas

filogeneticamente às amostras do Espírito Santo, localizadas na Bacia Atlântico Sudeste.

Porém, é conhecida a habilidade de P. carvalhoi e de outras espécies de Pipidae de

movimentação, inclusive para migração, e forrageamento fora da água (Myers &

Carvalho, 1945; Dunn, 1948; Tinsley et al. 1996; Lobos & Jaksic, 2005), principalmente

após chuvas torrenciais, explicando a presença de indivíduos dessas espécies em lagos

isolados. É possível que a proximidade maior entre rios e afluentes de diferentes bacias

hidrográficas nas regiões do interior do sudeste do Brasil tenha favorecido eventos

migratórios por meio terrestre durante as estações chuvosas, resultando em um padrão

de distribuição local que independe da divisão de bacias hidrográficas. Costa (2001)

! 31!

defende a origem mista de bacias hidrográficas e propõe que cabeceiras de rios são

áreas onde ocorrem complexas trocas de fauna entre áreas adjacentes.

É conhecido também que as transgressões oceânicas podem ter moldado a

diversificação de espécies durante o Quaternário. Durante períodos de glaciação, o nível

do mar chegou a ficar em média 100 metros abaixo do nível atual, expondo a plataforma

continental (Ribeiro, 2006; Leite et al. 2016). O aumento do curso dos rios, combinados a

uma série de movimentos verticais de blocos continentais gerados pela diminuição dos

níveis dos mares favoreceu novas conexões entre rios de diferentes regiões hidrográficas

durante o Pleistoceno (Ribeiro, 2006).

O baixo número de amostras interioranas em nossos dados não permite uma

conclusão precisa sobre uma maior influência de processos migratórios ou vicariantes nos

padrões de parentesco encontrados para as amostras de Minas Gerais. Porém,

independente do processo que tenha influenciado o padrão encontrado, o mesmo foi

gerado por eventos recentes, provavelmente do final do Terciário e começo do

Quaternário, devido ao nível de semelhança genética encontrado entre amostras dessas

populações e aquelas provenientes da costa leste do país.

6. Conclusões

Pipa surgiu a partir da segregação entre América do Sul e África pela quebra do

supercontinente Gondwana no Cretáceo. O Paleoceno e Eoceno foram de grande

importância para a diversificação do gênero, assim como foi para os gêneros africanos

Xenopus e Silurana. A diversificação inicial de Pipa foi influenciada por dois eventos de

vicariância dividindo as espécies por regiões hidrográficas. As espécies P. parva e P.

myersi formam o primeiro grupo a se separar, ficando restritas à região da Bacia do rio

Maracaibo. Posteriormente um segundo evento vicariante separou P. carvalhoi nas bacias

! 32!

da costa Leste brasileira e a linhagem que deu origem às espécies P. pipa, P. arrabali, P.

aspera e P. snethlageae nas regiões Amazônica e do Orinoco.

Pipa carvalhoi apresenta alta estruturação filogenética, com três clados compostos

por indivíduos associados a diferentes regiões hidrográficas (Atlântico Leste, Atlântico

Nordeste e Atlântico Sudeste). A segregação entre as diferentes regiões hidrográficas

mostra-se como uma barreira ao fluxo gênico e parece ter sido responsável pela

estruturação genética da espécie, principalmente das populações costeiras. Para as

populações de Minas Gerais, mais ao interior, a hidrografia não explica o padrão

filogenético, indicando que outros fatores podem ter atuado na estruturação genética das

populações. A relação filogenética entre os três clados variou entre os diferentes

marcadores moleculares. A análise concatenada sugere que os clados Atlântico Nordeste

e Atlântico Sudeste sejam monofiléticos, apesar de serem os clados mais distantes

geograficamente. Para que isso seja possível, a faixa do interior, onde existem

representantes de todos os três clados pode ter servido como zona de contato entre as

populações distantes.

As amostras da bacia do São Francisco foram internas ao clado Atlântico Leste,

com exceção das análises de ND2, onde esse grupo formou um clado separado e basal

em relação aos outros grupos da espécie. Apesar da proximidade genética, P. carvalhoi

apresenta uma disjução na distribuição geográfica de cerca de 500 km entre as

populações da bacia Atlântico Leste e da bacia do São Francisco, onde não existem

registros de ocorrência para a espécie que pode ser devido à subamostragem regional ou

mesmo eventos de extinção recentes no local.

As distâncias genéticas, valores de Fst e o tempo de divergência estimado pelo

relógio molecular mostram que a separação encontrada entre os clados internos a P.

carvalhoi supera os valores assumidos como limiares para a divisão de espécies em

anfíbios. Os valores são, ainda, sempre maiores ou iguais àqueles que separam P.

! 33!

arrabali e P. pipa, espécies largamente sustentadas por caracteres moleculares,

morfológicos e comportamentais.

Pipa carvalhoi é, em suma, uma linhagem de origem muito antiga que teve sua

diversificação influenciada pelo surgimento das principais drenagens costeiras do Brasil.

Tais eventos não servem, porém, para explicar toda a diversidade da espécie. A alta

estruturação genética, a ausência de indícios recentes de fluxo gênico e a divergência

profunda revelam a possibilidade de diversidade críptica ao longo da distribuição de Pipa

carvalhoi.

!

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!

!!!

! 42!

!TABELAS

Tabela 1. Lista de espécimes de Pipa analisados com número de tombo da amostra e localidade de coleta. Amostras com asterisco (*) correspondem apenas ao número do coletor.

AMOSTRA Espécie Localidade Identificação de Localidade

AAGARDA1174 Pipa carvalhoi Serra Caiada/RN 1



AAGARDA2690 Pipa carvalhoi Crato/CE 2





AAGARDA5 Pipa carvalhoi Araçuaí/MG 12

AAGARDA4 Pipa carvalhoi Araçuaí/MG 12

AAGARDA7994 Pipa carvalhoi Buíque/PE 4





VC52 Pipa carvalhoi Buíque/PE 4

VC53 Pipa carvalhoi Buíque/PE 4

URCA-G1098 Pipa carvalhoi Maurití/CE 3




UFBA-T665 Pipa carvalhoi Ilhéus/BA 7

MTR5933 Pipa carvalhoi Jussari/BA 9

MTR5934 Pipa carvalhoi Jussari/BA 9

MTR12367 Pipa carvalhoi Linhares/BA 15

! 43!

MTR15988 Pipa carvalhoi Camacan/BA 10

MTR16082 Pipa carvalhoi Camacan/BA 10

DS35 Pipa carvalhoi Ferros/MG 14




PVS108 Pipa carvalhoi Santa Maria de Jetibá/ES 18

PVS109 Pipa carvalhoi Santa Maria de Jetibá/ES 18

PVS110 Pipa carvalhoi Santa Teresa/ES 17



PVS113 Pipa carvalhoi Colatina/ES 16




PVS56 Pipa carvalhoi Poté/MG 13

PVS57 Pipa carvalhoi Poté/MG 13

CH2225 Pipa carvalhoi Porto Seguro/BA 11

CH2297 Pipa carvalhoi Porto Seguro/BA 11

CH3973 Pipa carvalhoi Buararema/BA 8





CH4248 Pipa carvalhoi Una/Ilhéus/BA 7

CH12862 Pipa carvalhoi Jequié/BA 5

CH16157 Pipa carvalhoi Uruçuca/BA 6



! 44!



MTR13267 Pipa pipa Maruim/AM - MTR13268 Pipa pipa Maruim/AM - MTR13269 Pipa pipa Maruim/AM - MTR13287 Pipa pipa Maruim/AM - MTR13288 Pipa pipa Maruim/AM -

HT310 Pipa pipa Caracaraí/RR -

HT324 Pipa arrabali Juruá/AM -













HT3213 Pipa arrabali Prainha/PA -

HT3258 Pipa pipa Purupuru/BA -

HT4278 Pipa pipa Morrinho/PA -

HT4279 Pipa pipa Morrinho/PA -

! 45!

Tabela 2. Lista dos marcadores moleculares utilizados no presente estudo, o par de primers e perfis utilizados para amplificar as sequências de cada um deles.

Marcador 12S 16S ND2 SIA TYR Primer forward N12F N16F ND2ELEUF SIA1 (T3) F TYR-F40 F

Primer reverse N12R N16R ND2ALAR SIA2 (T7) R TYR-SPA R

Referência Salducci et al. 2005 Salducci et al. 2005 Carnaval e Bates, 2007

Bonacum et al. 2001

Vences et al. 2003

Perfil (temperatura, tempo)

Desnaturação inicial 92oC, 2' 92oC, 2' 94oC, 30" 94oC, 30" 94oC, 30"

Nº de Ciclos 5 + 30 5 + 30 35 35 35

Desnaturação 92oC, 15" 92oC, 15" 94oC, 30" 94oC, 30" 94oC, 30"

Anelamento 48oC, 45" + 50oC, 45" 46oC, 45" + 50oC, 45" 56oC, 30" 56oC, 60" 54oC, 60"

Extensão 72oC, 1'30" + 72oC, 1" 72oC, 1'30" + 72oC, 1" 72oC, 45" 72oC, 60" 72oC, 60"

Extensão final 72oC, 7' 72oC, 7' 72oC, 10' 72oC, 6' 72oC, 6'

Tabela 3. Distâncias genéticas média e desvio padrão (entre colchetes) e valores de Fst (cinza) entre os clados de P. carvalhoi e outras espécies de Pipa encontrados nas análises filogenéticas para os marcadores mitocondriais. Na diagonal, em negrito, encontram-se os valores de distância genética interna para cada clado. Gene$ Espécie/Clado$ Atl.E$ Atl.SE$ Atl.NE$ P.$pipa$ P.$arrabali$12$S$ Atl.E$ 0.02$[0.00]$ 0.73! 0.77! 0.85! 0.89!$$ Atl.SE$ 0.08![0.02]! 0.01$[0.00]$ 0.85! 0.88! 0.93!$$ Atl.NE$ 0.06![0.01]! 0.07![0.02]! 0.00$[0.00]$ 0.92! 0.96!$$ P.#pipa# 0.18![0.03]! 0.17![0.03]! 0.17![0.03]! 0.01$[0.00]$ 0.78!$$ P.#arrabali# 0.17![0.03]! 0.18![0.04]! 0.17![0.03]! 0.06![0.02]! 0.02$[0.00]$16$S$ Atl.E$ 0.00$[0.00]$ 0.88! 0.93! 0.90! 0.99!$$ Atl.SE$ 0.04![0.01]! 0.01$[0.00]$ 0.86! 0.88! 0.96!$$ Atl.NE$ 0.05![0.01]! 0.04![0.01]! 0.00$[0.00]$ 0.91! 0.98!$$ P.#pipa# 0.14![0.02]! 0.13![0.02]! 0.17![0.02]! 0.02$[0.00]$ 0.79!$$ P.#arrabali# 0.16![0.02]! 0.14![0.02]! 0.18![0.03]! 0.05![0.01]! 0.00$[0.00]$ND2$ Atl.E$ 0.02$[0.00]$ 0,78! 0,72! 0,78! 0!$$ Atl.SE$ 0.26![0.02]! 0.06$[0.01]$ 0,77! 0,83! 0!$$ Atl.NE$ 0.29![0.03]! 0.22![0.02]! 0.02$[0.00]$ 0,89! 0!$$ P.#pipa# 0.54![0.05]! 0.54![0.05]! 0.52![0.05]! 0.05$[0.01]$ 0!$$ P.#arrabali# 0! 0! 0! 0! 0!

! 46!

Tabela 4. Índices amostrais e valores dos testes de neutralidade para cada clado/espécie dos marcadores mitocondriais. n = número de amostras; H = número de haplótipos; S = Número de sítios polimórficos. Valores significativos foram destacados em negrito. Gene$ Espécie/Clado$ n$ H$ S$ D$de$Tajima$ FS$de$fu$12S$ P.$carvalhoi$ 41! 17! 44! 1,23! 1,06!$$ Atl.$E$ 19! 13! 25! 1,04! 0,62!$$ Atl.$SE$ 7! 2! 14! J1,65$ J1,89$$$ Atl.$NE$ 14! 3! 4! 1,88! 1,54!$$ P.$pipa$ 18! 4! 11! 2,25$ 1,92$$$ P.$arrabali$ 2! 2! 2! N.A! N.A!16S$ P.$carvalhoi$ 50! 11! 31! 1,09! 1,71$$$ Atl.$E$ 26! 7! 12! 01,74! 02,34!$$ Atl.$SE$ 12! 5! 11! 00,14! 0,87!$$ Atl.$NE$ 12! 3! 3! 1,97! 1,49!$$ P.$pipa$ 18! 3! 18! 2,33$ 2,05$$$ P.$arrabali$ 2! 2! 1! N.A! N.A!ND2$ P.$carvalhoi$ 33! 26! 352! 00,38! 00,35!$$ Atl.$E$ 10! 8! 50! 01,44! 01,71!$$ Atl.$SE$ 6! 6! 98! 0,15! 0,01!$$ Atl.$NE$ 15! 10! 63! 01,44! 02,23!$$ P.$pipa$ 6! 6! 84! 00,62! 00,63!$$ P.$arrabali$ 0! 0! 0! 0! 0!

! 47!

FIGURAS

Figura 1. Mapa mostrando a distribuição das amostras de P. carvalhoi utilizadas nas análises moleculares dentro das bacias hidrográficas segundo a Agência Nacional de Águas (ANA). Numeração das localidades de acordo com a identificação da Tabela 1. 1 – 3: Bacia Atlântico Nordeste (Vermelho); 4: Bacia do São Francisco (Azul); 5 – 13: Bacia Atlântico Leste (Roxo); 14 – 17: Bacia Atlântico Sudeste (Verde).

! 48!

Figura 2. Árvore Filogenética de genes concatenados para as espécies de Pipa. Valores ao lado dos ramos representam, respectivamente, o valor de bootstrap da Máxima Verossimilhança (ML) e probabilidade posterior da Inferência Bayesiana (IB).

! 49!

Figura 3. Árvore Filogenética de genes concatenados para os clados de Pipa carvalhoi. Valores ao lado dos ramos representam, respectivamente, o valor de bootstrap da Máxima Verossimilhança (ML) e probabilidade posterior da Inferência Bayesiana (IB).

!50!

Figura 4. R

ede de haplótipos do gene 12S. O

tamanho dos círculos é diretam

ente proporcional ao número de am

ostras que o haplótipo representa. O

número de passos m

utacionais está representado por traços nas linhas que ligam os haplótipos vizinhos.

!51!

Figura 5. R

ede de haplótipos do gene 16S. O




número de passos m


!52!

Figura 6. Rede de haplótipos do gene N

D2. O




número de passos m


!53!

Figura 7. Árvore com

datação por Relógio M

olecular baseados nas sequências de 12S. O

s representam o tem

po para cada ramo em

m

ilhões de anos. As barras azuis representam

intervalo de confiança de 95%.

!54!

Figura 8. Árvore com

datação por Relógio M

olecular baseados na matriz concatenada. O

s representam o tem

po para cada ramo em

m

ilhões de anos. As barras azuis representam

intervalo de confiança de 95%.

!55!

Figura 9. Relação de parentesco entre espécies de P

ipa proposta por Trueb & C

annatella, 1986.

!56!

AP

ÊN

DIC

ES

AP

ÊN

DIC

E 1: Lista sequências de 12S

obtidas no GenB

ank para as análises de relógio molecular. A

s siglas correspondem aos

números de acesso do G

enBank.

E

spécie A

cesso Genbank

Pseudhym

enochirus merlini

NC

_015618.1 H

ymenochirus boettgeri

NC

_015615.1 S

ilurana tropicalis N

C_006839.1

Xenopus borealis

NC

_018776.1 P

ipa pipa G

Q244477.1

Pipa carvalhoi

NC

_015617.1 P

ipa parva A

Y581622.1

!57!

AP

ÊN

DIC

E 2: Á

rvore de Inferência Bayesiana (IB

) de 12S. O

s nós marcados com

asterísco (*) possuem probabilidade posterior m

aior que 0,95.

!58!

AP

ÊN

DIC

E 3: Á

rvore de Máxim

a Verossim

ilhança (MV

) de 12S. O

s valores dos nós correspondem ao bootstrap.

!59!

AP

ÊN

DIC

E 4: Á


) de 16S. O

s nós marcados com

asterísco (*) possuem probabilidade posterior m

aior que 0,95.

!60!

AP

ÊN

DIC

E 5: Á

rvore de Máxim

a Verossim

ilhança (MV

) de 16S. O

s valores dos nós correspondem ao bootstrap.

!61!

AP

ÊN

DIC

E 6: Á


) de ND

2. Os nós m

arcados com asterísco (*) possuem

probabilidade posterior maior

que 0,95.

!62!

AP

ÊN

DIC

E 7: Á

rvore de Máxim

a Verossim

ilhança (MV

) de ND

2. Os valores dos nós correspondem

ao bootstrap.

!63!

AP

ÊN

DIC

E 8: Á


) de SIA

. Os nós m



que 0,95.

!64!

AP

ÊN

DIC

E 9: Á

rvore de Máxim

a Verossim

ilhança (MV

) de SIA

. Os valores dos nós correspondem

ao bootstrap.

!65!

AP

ÊN

DIC

E 10: Á


) de TYR

. Os nós m



que 0,95.

!66!

AP

ÊN

DIC

E 11: Á

rvore de Máxim

a Verossim

ilhança (MV

) de TYR

. Os valores dos nós correspondem

ao bootstrap.

!67!

AP

ÊN

DIC

E 12: Á


) dos dados concatenados. Os nós m


probabilidade posterior m

aior que 0,95.

!68!

AP

ÊN

DIC

E 13: Á

rvore de Máxim

a Verossim

ilhança (MV

) dos dados concatenados. Os valores dos nós correspondem

ao bootstrap.

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